(1-x)BZT-xBCT薄膜掺杂改性研究开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

目前,材料产业已经渗透到了国民经济、国防建设和社会生活的各个领域,是高新技术产业发展的基础。近年来,随着信息技术和互联网行业的快速发展,有着优良介电、压电、热电等性能的信息功能材料被广泛地应用在国民生产生活的方方面面。而其中具有ABO3型钙钛矿结构的功能材料因其结构相对较为简单且其晶格位点上容易被其他掺杂元素所取代,从而为形成掺杂改性的化合物以及固溶体提供了可能。钙钛矿材料被誉为2017年的奇迹材料,在传感器、驱动器、转换器、谐振器和变压器等等其他铁电器件领域已有广泛的应用,在需要对信息进行加工处理的领域方面发挥着至关重要的作用。

以Pb(Zr,Ti)O3(PZT)为代表的含铅类钙钛矿材料由于其具有优良的压电性能,已经实现商业化生产。但是,铅基PZT材料因其成分中含有超过60%质量百分数的氧化铅,会造成各类环境问题。而以(Bi,Na)TiO3和(K,Na)NbO3为代表的无铅压电陶瓷在实验测试中,与铅基压电陶瓷相比表现出较差的压电性能。因此,研发具有优异电性能的无铅压电材料以取代传统铅基材料已经引起科学界的广泛关注。

作为最早被人们发现的无铅钙钛矿型材料,钛酸钡(BaTiO3)的晶体结构会随着温度的升高发生三斜-正方-四方-立方-六方的变化。后来的研究表明,可以通过在BaTiO3中引入适量的掺杂元素形成固溶体来创造准同型相界(MPB),从而使其电性能得到明显的改善。如通过在BaTiO3中引入Zr、Fe等元素,可以发现,随着Zr元素掺量的增加,BaTiO3薄膜的Tm值会降低,呈现弥散性相变特征。并且,这种弥散性相变特征会随着Zr元素掺量的增加弥散性会相应增强。此外,薄膜中引入Fe元素则会对薄膜的相结构及其相变行为产生一定的影响。因此,我们可以通过对BaTiO3基无铅压电材料进行设计优化从而实现对其性能的调控作用。

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